Connaissances de base des moteurs électriques

1. Introduction aux moteurs électriques

Un moteur électrique est un dispositif qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Il utilise une bobine alimentée (c'est-à-dire un enroulement statorique) pour générer un champ magnétique rotatif qui agit sur le rotor (par exemple, un rotor à cage d'écureuil constitué d'un cadre fermé en aluminium) afin de former un couple de rotation magnétoélectrique.

Les moteurs électriques se divisent en moteurs à courant continu (CC) et moteurs à courant alternatif (CA) selon la source d'énergie utilisée. La plupart des moteurs d'un réseau électrique sont des moteurs à CA, qui peuvent être synchrones ou asynchrones (la vitesse du champ magnétique du stator n'est alors pas synchrone avec la vitesse de rotation du rotor).

Un moteur électrique se compose principalement d'un stator et d'un rotor. La direction de la force agissant sur le fil conducteur parcouru par le courant dans le champ magnétique dépend du sens du courant et du sens des lignes d'induction magnétique (direction du champ magnétique). Le principe de fonctionnement d'un moteur électrique repose sur l'effet du champ magnétique sur la force agissant sur le courant, ce qui entraîne la rotation du moteur.

2. Division des moteurs électriques

① Classification selon l'alimentation électrique

Selon leur source d'énergie, les moteurs électriques se divisent en moteurs à courant continu (CC) et moteurs à courant alternatif (CA). Ces derniers se subdivisent en moteurs monophasés et moteurs triphasés.

② Classification selon la structure et le principe de fonctionnement

Les moteurs électriques se divisent en moteurs à courant continu (CC), moteurs asynchrones et moteurs synchrones, selon leur structure et leur principe de fonctionnement. Les moteurs synchrones se subdivisent en moteurs synchrones à aimants permanents, moteurs synchrones à réluctance et moteurs synchrones à hystérésis. Les moteurs asynchrones se divisent en moteurs à induction et moteurs à collecteur. Les moteurs à induction se subdivisent en moteurs asynchrones triphasés et moteurs asynchrones à pôles ombrés. Les moteurs à collecteur se subdivisent en moteurs monophasés à excitation série, moteurs CC/CA à double usage et moteurs à répulsion.

③ Classé par mode de démarrage et de fonctionnement

Les moteurs électriques peuvent être classés selon leurs modes de démarrage et de fonctionnement en moteurs asynchrones monophasés à démarrage par condensateur, moteurs asynchrones monophasés à fonctionnement par condensateur, moteurs asynchrones monophasés à démarrage par condensateur et moteurs asynchrones monophasés à phase divisée.

④ Classification par finalité

Les moteurs électriques peuvent être divisés en moteurs moteurs et moteurs de commande selon leur fonction.

Les moteurs électriques d'entraînement sont divisés en outils électriques (y compris les outils de perçage, de polissage, de rainurage, de coupe et d'expansion), moteurs électriques pour appareils ménagers (y compris les machines à laver, les ventilateurs électriques, les réfrigérateurs, les climatiseurs, les enregistreurs, les magnétoscopes, les lecteurs DVD, les aspirateurs, les appareils photo, les souffleurs électriques, les rasoirs électriques, etc.) et autres petits équipements mécaniques généraux (y compris diverses petites machines-outils, petites machines, équipements médicaux, instruments électroniques, etc.).

Les moteurs de commande se divisent en deux catégories : les moteurs pas à pas et les servomoteurs.
⑤ Classification selon la structure du rotor

Selon la structure du rotor, les moteurs électriques peuvent être divisés en moteurs à induction à cage (anciennement appelés moteurs asynchrones à cage d'écureuil) et en moteurs à induction à rotor bobiné (anciennement appelés moteurs asynchrones bobinés).

⑥ Classé par vitesse de fonctionnement

Les moteurs électriques peuvent être classés en moteurs à grande vitesse, moteurs à basse vitesse, moteurs à vitesse constante et moteurs à vitesse variable selon leur vitesse de fonctionnement.

⑦ Classification par forme protectrice

a. Type ouvert (tel que IP11, IP22).

Hormis la structure de support nécessaire, le moteur ne dispose d'aucune protection spéciale pour les pièces rotatives et sous tension.

b. Type fermé (tel que IP44, IP54).

Les pièces rotatives et sous tension à l'intérieur du carter du moteur nécessitent une protection mécanique afin d'éviter tout contact accidentel, sans toutefois entraver significativement la ventilation. Les moteurs de protection sont classés en plusieurs types selon leurs structures de ventilation et de protection.

ⓐ Type de couverture en maille.

Les orifices de ventilation du moteur sont recouverts de grilles perforées afin d'empêcher les pièces rotatives et sous tension du moteur d'entrer en contact avec des objets extérieurs.

ⓑ Résistant aux gouttes.

La structure de l'évent du moteur permet d'empêcher les liquides ou les solides tombant verticalement de pénétrer directement à l'intérieur du moteur.

ⓒ Résistant aux éclaboussures.

La structure de l'évent du moteur peut empêcher les liquides ou les solides de pénétrer à l'intérieur du moteur dans n'importe quelle direction dans une plage d'angle vertical de 100 °.

ⓓ Fermé.

La structure du carter moteur peut empêcher le libre échange d'air entre l'intérieur et l'extérieur du carter, mais elle ne nécessite pas une étanchéité complète.

ⓔ Étanche.
La structure du carter moteur peut empêcher l'eau, sous une certaine pression, de pénétrer à l'intérieur du moteur.

ⓕ Étanche.

Lorsque le moteur est immergé dans l'eau, la structure du boîtier du moteur empêche l'eau de pénétrer à l'intérieur du moteur.

ⓖ Style de plongée.

Le moteur électrique peut fonctionner longtemps dans l'eau sous la pression nominale.

ⓗ Antidéflagrant.

La structure du carter moteur est suffisante pour empêcher la propagation de l'explosion de gaz interne au moteur vers l'extérieur, évitant ainsi l'explosion de gaz combustibles. Compte officiel « Littérature de génie mécanique », la station-service des ingénieurs !

⑧ Classés selon les méthodes de ventilation et de refroidissement

a. Autorefroidissement.

Les moteurs électriques dépendent uniquement du rayonnement de surface et du flux d'air naturel pour leur refroidissement.

b. Ventilateur à refroidissement automatique.

Le moteur électrique est entraîné par un ventilateur qui fournit de l'air de refroidissement pour refroidir la surface ou l'intérieur du moteur.

c. Il était refroidi par un ventilateur.

Le ventilateur fournissant l'air de refroidissement n'est pas entraîné par le moteur électrique lui-même, mais par un système indépendant.

d. Type de ventilation des canalisations.

L'air de refroidissement n'est ni introduit ni évacué directement du moteur, que ce soit de l'extérieur ou de l'intérieur, mais par des canalisations. Les ventilateurs de ventilation des canalisations peuvent être à refroidissement par ventilateur intégré ou par un autre système de refroidissement.

e. Refroidissement liquide.

Les moteurs électriques sont refroidis par liquide.

f. Refroidissement par gaz en circuit fermé.

Le fluide de refroidissement du moteur circule en circuit fermé, comprenant le moteur et le refroidisseur. Ce fluide absorbe la chaleur en traversant le moteur et la restitue en traversant le refroidisseur.
g. Refroidissement de surface et refroidissement interne.

Le fluide de refroidissement qui ne traverse pas l'intérieur du conducteur du moteur est appelé refroidissement de surface, tandis que le fluide de refroidissement qui traverse l'intérieur du conducteur du moteur est appelé refroidissement interne.

⑨ Classification selon la forme de la structure d'installation

Le mode d'installation des moteurs électriques est généralement représenté par des codes.

Le code est représenté par l'abréviation IM pour installation internationale,

La première lettre de IM représente le code du type d'installation, B représente l'installation horizontale et V représente l'installation verticale ;

Le deuxième chiffre représente le code de la fonctionnalité, représenté par des chiffres arabes.

⑩ Classification par niveau d'isolation

Niveaux A, E, B, F, H et C. La classification des niveaux d'isolation des moteurs est présentée dans le tableau ci-dessous.

⑪ Classés selon les heures de travail nominales

Système de travail continu, intermittent et à court terme.

Système à service continu (SI). Le moteur assure un fonctionnement à long terme aux valeurs nominales indiquées sur la plaque signalétique.

Durée de fonctionnement réduite (S2). Le moteur ne peut fonctionner que pendant une durée limitée, en deçà de sa valeur nominale indiquée sur sa plaque signalétique. Quatre durées de fonctionnement réduite sont disponibles : 10 min, 30 min, 60 min et 90 min.

Système de fonctionnement intermittent (S3). Le moteur ne peut être utilisé que de manière intermittente et périodique, selon la valeur nominale indiquée sur la plaque signalétique, exprimée en pourcentage de 10 minutes par cycle. Par exemple, FC = 25 %. Les systèmes S4 à S10 correspondent à différents systèmes de fonctionnement intermittent fonctionnant dans des conditions variées.

9.2.3 Pannes courantes des moteurs électriques

Les moteurs électriques rencontrent souvent divers défauts lors d'un fonctionnement prolongé.

Si le couple transmis entre le connecteur et le réducteur est important, l'alésage de raccordement sur la bride présente une usure marquée, ce qui augmente le jeu d'ajustement et entraîne une transmission de couple instable. L'usure au niveau du palier est causée par l'endommagement du palier de l'arbre moteur. On observe également une usure entre les têtes d'arbre et les rainures de clavette. Face à de tels problèmes, les méthodes traditionnelles consistent principalement en des réparations par soudage ou par usinage après brossage, mais ces deux techniques présentent certains inconvénients.

Les contraintes thermiques générées par le soudage de réparation à haute température ne peuvent être totalement éliminées, ce qui favorise la déformation ou la rupture. Le placage au pinceau, quant à lui, est limité par l'épaisseur du revêtement et est sujet au décollement. De plus, ces deux méthodes utilisent du métal pour réparer du métal, ce qui ne modifie pas le contact entre les deux matériaux. Sous l'action combinée de diverses forces, une nouvelle usure est inévitable.

Dans les pays occidentaux contemporains, on recourt fréquemment aux matériaux composites polymères pour réparer ces problèmes. L'utilisation de ces matériaux n'affecte pas les contraintes thermiques liées au soudage et l'épaisseur de la réparation n'est pas limitée. Par ailleurs, contrairement aux matériaux métalliques, qui absorbent les chocs et les vibrations des équipements, ces matériaux préviennent l'usure prématurée et prolongent la durée de vie des composants, réduisant ainsi considérablement les temps d'arrêt et générant d'importants bénéfices économiques.
(1) Phénomène de défaut : Le moteur ne démarre pas après avoir été branché

Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① Erreur de câblage de l'enroulement du stator – vérifiez le câblage et corrigez l'erreur.

② Circuit ouvert dans l'enroulement du stator, court-circuit à la terre, circuit ouvert dans l'enroulement du moteur à rotor bobiné – identifier le point de défaut et l'éliminer.

③ Surcharge excessive ou mécanisme de transmission bloqué – vérifiez le mécanisme de transmission et la charge.

④ Circuit ouvert dans le circuit rotorique d'un moteur à rotor bobiné (mauvais contact entre la brosse et la bague collectrice, circuit ouvert dans le rhéostat, mauvais contact dans le câble, etc.) – identifier le point de circuit ouvert et le réparer.

⑤ La tension d'alimentation est trop basse – vérifiez la cause et éliminez-la.

⑥ Perte de phase de l'alimentation électrique – vérifier le circuit et rétablir le triphasé.

(2) Phénomène de défaut : La température du moteur augmente excessivement ou il fume.

Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① Surcharge ou démarrages trop fréquents – réduire la charge et réduire le nombre de démarrages.

② Perte de phase en cours de fonctionnement – ​​vérifier le circuit et rétablir le triphasé.

③ Erreur de câblage de l'enroulement du stator – vérifiez le câblage et corrigez-le.

④ L'enroulement du stator est mis à la terre et il y a un court-circuit entre les spires ou les phases – identifiez l'emplacement de la mise à la terre ou du court-circuit et réparez-le.

⑤ Enroulement du rotor de la cage cassé – remplacer le rotor.

⑥ Fonctionnement en phase manquante de l'enroulement du rotor bobiné – identifier le point de défaut et le réparer.

⑦ Frottement entre le stator et le rotor – Vérifier la déformation des roulements et du rotor, réparer ou remplacer.

⑧ Mauvaise ventilation – vérifiez si la ventilation n’est pas obstruée.

⑨ Tension trop élevée ou trop basse – Vérifiez la cause et éliminez-la.

(3) Phénomène de défaut : vibrations excessives du moteur

Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① Rotor déséquilibré – équilibrage de nivellement.

② Poulie déséquilibrée ou extension d'arbre tordue – vérifier et corriger.

③ Le moteur n’est pas aligné avec l’axe de charge – vérifiez et ajustez l’axe de l’unité.

④ Installation incorrecte du moteur – vérifiez les vis de fixation et de fondation.

⑤ Surcharge soudaine – réduire la charge.

(4) Phénomène de dysfonctionnement : bruit anormal pendant le fonctionnement
Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① Frottement entre le stator et le rotor – Vérifier que les roulements et le rotor ne sont pas déformés, réparer ou remplacer.

② Roulements endommagés ou mal lubrifiés – remplacer et nettoyer les roulements.

③ Fonctionnement en cas de perte de phase du moteur – vérifier le point de circuit ouvert et le réparer.

④ Collision de la lame avec le carter – vérifier et éliminer les défauts.

(5) Phénomène de défaut : La vitesse du moteur est trop faible sous charge

Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① La tension d'alimentation est trop basse – vérifiez la tension d'alimentation.

② Surcharge excessive – vérifiez la charge.

③ Enroulement du rotor de la cage cassé – remplacer le rotor.

④ Mauvais contact ou déconnexion d'une phase du groupe de fils du rotor d'enroulement – ​​vérifiez la pression des balais, le contact entre le balai et la bague collectrice, et l'enroulement du rotor.
(6) Phénomène de défaut : Le carter du moteur est sous tension

Les raisons et les méthodes de traitement sont les suivantes.

① Mauvaise mise à la terre ou résistance de mise à la terre élevée – Connectez le fil de terre conformément aux réglementations pour éliminer les défauts de mauvaise mise à la terre.

② Les enroulements sont humides – subir un traitement de séchage.

③ Dommages à l'isolation, collision de conducteurs – Réparer l'isolation avec de la peinture par trempage, reconnecter les conducteurs. 9.2.4 Procédures de fonctionnement du moteur

① Avant le démontage, utilisez de l'air comprimé pour souffler la poussière sur la surface du moteur et essuyez-le.

② Choisissez l’emplacement de travail pour le démontage du moteur et nettoyez l’environnement sur place.

③ Connaissance des caractéristiques structurelles et des exigences techniques de maintenance des moteurs électriques.

④ Préparez les outils (y compris les outils spéciaux) et l’équipement nécessaires au démontage.

⑤ Afin de mieux comprendre les défauts de fonctionnement du moteur, un test d'inspection peut être réalisé avant démontage, si les conditions le permettent. À cette fin, le moteur est testé en charge, et la température, le bruit, les vibrations et autres caractéristiques de chaque composant sont vérifiés en détail. La tension, le courant, la vitesse, etc., sont également testés. Ensuite, la charge est déconnectée et un test à vide est effectué afin de mesurer le courant et les pertes à vide, et les résultats sont consignés. Compte officiel « Littérature de génie mécanique », la station-service des ingénieurs !

⑥ Coupez l’alimentation électrique, retirez le câblage externe du moteur et conservez les enregistrements.

⑦ Sélectionnez un mégohmmètre adapté pour tester la résistance d'isolement du moteur. Afin de comparer les valeurs de résistance d'isolement mesurées lors de la dernière maintenance et de déterminer l'évolution et l'état de l'isolement du moteur, les valeurs mesurées à différentes températures doivent être ramenées à une même température, généralement 75 °C.

⑧ Vérifier le coefficient d'absorption K. Un coefficient K > 1,33 indique que l'isolation du moteur n'est pas affectée par l'humidité ou que le taux d'humidité est faible. Afin de permettre la comparaison avec des données antérieures, il est également nécessaire de ramener le coefficient d'absorption mesuré à une température donnée à la même température.

9.2.5 Maintenance et réparation des moteurs électriques

Lorsque le moteur est en marche ou présente un dysfonctionnement, il existe quatre méthodes pour prévenir et éliminer les pannes en temps opportun : observer, écouter, sentir et toucher, afin de garantir le fonctionnement sûr du moteur.

(1) Regardez

Observez s'il y a des anomalies pendant le fonctionnement du moteur, qui se manifestent principalement dans les situations suivantes.

① Lorsque l’enroulement du stator est court-circuité, de la fumée peut être visible au niveau du moteur.

② Lorsque le moteur est fortement surchargé ou déphasé, la vitesse ralentira et il y aura un fort « bourdonnement ».

③ Lorsque le moteur fonctionne normalement, mais s'arrête soudainement, des étincelles peuvent apparaître au niveau de la connexion desserrée ; le phénomène d'un fusible grillé ou d'un composant bloqué.

④ Si le moteur vibre violemment, cela peut être dû au blocage du dispositif de transmission, à une mauvaise fixation du moteur, à des boulons de fondation desserrés, etc.

⑤ Si des décolorations, des marques de brûlure et des taches de fumée apparaissent au niveau des contacts et connexions internes du moteur, cela indique qu'il peut y avoir une surchauffe locale, un mauvais contact au niveau des connexions des conducteurs ou des enroulements brûlés.

(2) Écouter

En fonctionnement normal, le moteur doit émettre un léger bourdonnement uniforme, sans bruit parasite ni son particulier. Un niveau sonore excessif, incluant les bruits électromagnétiques, de roulement, de ventilation ou de frottement mécanique, peut être le signe avant-coureur d'un dysfonctionnement.

① En ce qui concerne le bruit électromagnétique, si le moteur émet un son fort et lourd, il peut y avoir plusieurs raisons.

a. L'entrefer entre le stator et le rotor est irrégulier, et le son fluctue entre les aigus et les graves à intervalles réguliers. Ceci est dû à l'usure des roulements, qui entraîne un défaut de concentricité entre le stator et le rotor.

b. Le courant triphasé est déséquilibré. Cela est dû à une mise à la terre incorrecte, un court-circuit ou un mauvais contact de l'enroulement triphasé. Si le son est très sourd, cela indique que le moteur est fortement surchargé ou qu'il fonctionne hors phase.

c. Noyau de fer desserré. Les vibrations du moteur en fonctionnement provoquent le desserrage des boulons de fixation du noyau de fer, ce qui entraîne le desserrage de la tôle d'acier au silicium du noyau et l'émission de bruit.

② Le bruit des roulements doit être surveillé régulièrement pendant le fonctionnement du moteur. Pour ce faire, appuyez une extrémité d'un tournevis contre la zone de montage du roulement et approchez l'autre extrémité de votre oreille afin d'écouter le bruit de rotation. En fonctionnement normal, le roulement émet un léger « frémissement » continu, sans variation d'amplitude ni bruit de frottement métallique. Tout autre bruit est considéré comme anormal.

a. Un grincement se fait entendre lors du fonctionnement du roulement ; il s’agit d’un bruit de frottement métallique, généralement dû à un manque d’huile. Il convient de démonter le roulement et d’y ajouter la quantité appropriée de graisse lubrifiante.

b. Si vous entendez un grincement, il s'agit du bruit produit par la rotation de la bille, généralement dû au dessèchement de la graisse lubrifiante ou à un manque d'huile. Il suffit alors d'ajouter la quantité de graisse appropriée.

c. Si vous entendez un « cliquetis » ou un « grincement », il s'agit du bruit généré par le mouvement irrégulier de la bille dans le roulement, causé par l'endommagement de la bille dans le roulement ou par l'utilisation à long terme du moteur, et le dessèchement de la graisse lubrifiante.

③ Si le mécanisme de transmission et le mécanisme entraîné émettent des sons continus plutôt que fluctuants, ils peuvent être traités de la manière suivante.

a. Des craquements périodiques sont causés par des articulations de courroie inégales.

b. Un bruit de « cognement » périodique est causé par un accouplement ou une poulie desserrée entre les arbres, ainsi que par des clavettes ou des rainures de clavette usées.

c. Le bruit de collision irrégulier est causé par la collision des pales du ventilateur avec le couvercle de celui-ci.
(3) Odeur

L'odeur du moteur permet également d'identifier et de prévenir les pannes. Une odeur caractéristique de peinture indique une température interne trop élevée ; une forte odeur de brûlé peut être due à une défaillance de l'isolation ou à la combustion du bobinage.

(4) Touch

La température de certaines parties du moteur peut également permettre de déterminer la cause du dysfonctionnement. Par mesure de sécurité, il est recommandé de toucher les parties environnantes du carter et des roulements du moteur avec le dos de la main. Si des anomalies de température sont constatées, plusieurs causes peuvent être à l'origine du problème.

① Mauvaise ventilation. Par exemple, ventilateur détaché, conduits de ventilation obstrués, etc.

② Surcharge. Provoquant un courant excessif et une surchauffe de l'enroulement du stator.

③ Court-circuit entre les enroulements du stator ou déséquilibre du courant triphasé.

④ Démarrages ou freinages fréquents.

⑤ Si la température autour du roulement est trop élevée, cela peut être dû à des dommages au roulement ou à un manque d'huile.